智能智造未来 | 开源自动扎钢筋平台吹响建筑行业“集结号”！

       随着科技发展，近年来智能建造和建筑工业化成为建筑业高质量发展的新方向。一大批智能制造和机器人企业异军突起，在建筑行业已经有不少机器人开始代替人工参与到建筑施工作业中了。钢筋绑扎机器人、混凝土整平机器人、智能抹灰机器人、智能铺砖机器人等智能建造设备及智能建造机器人，涉及范围涵盖建筑、桥梁、市政、隧道等多个施工领域。

       中科深谷CSPACE实时仿真控制系统助力西安某高校最新研发的开源自动扎钢筋平台吹响了建筑行业“集结号”！

01、背景

       在人口老龄化的背景下，建筑工地的老龄化显得更为严重。根据国家统计局数据显示，2014-2021年，我国建筑工人数量从6109万人下降至5164万人。这数据意味着目前工地上的主力军是50岁以上的工人，也意味着用不到10年在现有的条件不变的情况下全国的建筑市场会萎缩一大半......或许，大力推进“智能建造的研发与应用”和“建筑业发展转型”才是应对人口老龄化背景下的未来建筑用工危机的最佳姿态！

02、痛点

       钢筋绑扎连接是钢筋混凝土结构现场施工的主要工序之一，根据操作方式不同，钢筋绑扎形式可分为人工绑扎和机械式绑扎两种。钢筋绑扎是一个艰苦的手工过程，需要进过系统训练才能完成。而作为一个机器人，它也没有经过训练，只是通过机器学习来完成其工作，使得它们缺乏可伸缩性和灵活性，无法执行不同范围或更高难度的作业任务。而中科深谷CSPACE实时仿真控制系统在机器人控制器开发领域拥有丰富的研发经验以及成熟产品，在建筑机器人算法研究方向积累了多年的研究经验，对行业痛点有深刻认识与研究。

03、解决方案

       中科深谷以客户需求为导向，以技术能力为基础，为西安某高校提供专业详细的定制化解决方案。该方案通过采用CSPACE实时仿真控制系统，针对于自动扎钢筋平台，模拟了钢筋捆扎的整个流程，由钢筋捆扎台、移动底盘、六自由度协作机械臂、自动钢筋捆扎工具及视觉定位系统组成。移动底盘到达钢筋捆扎台前，根据视觉定位系统，自动识别钢筋台上要捆扎的钢筋交叉点，再通过协作臂和自动钢筋捆扎工具实现对钢筋交叉点的全自动捆扎。该平台精准地对钢筋进行识别和绑扎节点的定位，进行智能化的钢筋绑扎。以机器替代人工实现钢筋绑扎的自动化加工，具有识别智能化、操作简单化、生产效率化等特点；在其开发过程中运用了底层电机的驱动控制设计、移动机器人导航定位研究、机械臂的运动学和动力学研究、机器视觉开发、5G远程通信应用等关键技术。该平台还支持采用MATLAB/Simulink和ROS联合开发，支撑相关科研人员在该平台上进行深度学习、自动驾驶、机器人移动作业等人工智能的应用研究。

开源自动扎钢筋平台的组成部分

01、机械臂本体

       协作机械臂本体技术参数如下图所示，本体为六自由度，额定负载3Kg，工作半径626mm，本体自重12Kg，结构紧凑，易于安装。机械臂关节模组采用智能集成化设计，将谐波减速机、力矩电机、高精度绝对值编码器、高精度增量式光电编码器、驱动器等集成一体，每个机器人关节通过CAN总线组网。

单臂尺寸

02、移动底盘

       移动底盘使用我公司自主研发的重载底盘。该底盘采用四轮独立驱动、四轮差速转向的设计，并配合独立悬架。

03、绑扎工具

       绑扎工具考虑如下图所示的电动手持式全自动扎钩绑扎工具。可提供该款产品的定制款，定制款会引出电源、控制和反馈信号。这些信号均可以接入到机械臂和底盘系统上。

       机械臂末端集成该绑扎工具，通过视觉识别钢筋的交点位置，然后机械臂末端移动到相应位置，并发出绑扎信号，控制绑扎工具完成钢筋的绑扎工作。

04、开源视觉系统

       开源视觉系统使用因特尔RealSense D435深度相机和海康威视的U62相机。D435x相机提供了多种语言版本的SDK，算法上可使用开源的OpenCV库进行开发，能够满足该项目的教科研需求。

05、激光雷达

       室内应用主要是使用2D单线激光雷达。使用思岚A2雷达，根据总控系统的操作系统类型，可使用思岚集成模块或基于ROS的SDK，能实现读取导航模块的数据，以实现建图、导航、定位等功能。定位精度可在2cm以内。

开源自动扎钢筋平台的特点和优势

01、采用工业结构设计，核心器件符合工业标准，适合建筑场景应用；

02、基于模块化设计，结构紧凑，功能丰富；

03、模块均采用自主开源化的框架，可自由进行单独或融合算法研究；

04、采用MATLAB/Simulink和ROS进行算法开发研究，能够适应大部分科研人员的研究基础；

05、提供大量的Demo算法及实验案例，供用户在更深层次上的学习和研究；

06、产品可进行二次开发，预留开发接口，提供全方位的技术支持；

07、使用高性能计算机作为主控系统，满足大量数据的处理运算需求；

08、也可用于自动驾驶、智能物流仓储、智能识别、安防巡检等领域的研究及应用。

开源自动扎钢筋平台的应用案例

01、多钢筋交叉点识别定位

02、Matlab/Simulink模型设计

03、ROS下的SLAM定位导航

04、Matlab/Simulink与GAZEBO联合仿真

05、ROS下定位导航仿真

      

       钢筋绑扎机器人是建筑机器人的一种，是在钢筋绑扎施工过程中，用于替代人工操作的机器人。当下建筑机器人快速发展正在改变整个建筑行业，尤其是钢筋绑扎机器人近年发展迅猛。钢筋绑扎机器人智能化水平较高，凭借效率高、工作可靠、成本低等优势与特性，一定程度上缓解建筑工人紧缺问题。钢筋绑扎机器人可实现钢筋绑扎过程的全自动化，钢筋绑扎机器人在未来的建筑行业应用中必将具有更加广阔的应用前景。而中科深谷开源自动扎钢筋平台的出现，吹响建筑行业的“集结号”。未来中科深谷将持续研发创新，为建筑机器人系统研发提供更加高效、专业的工具与技术支撑。